本發明屬于不銹鋼表面硬化涂層制備技術領域，具體涉及一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法。

　　背景技術：

　　奧氏體不銹鋼是常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，含cr約18％、ni約8％～10％、c約0.1％時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體不銹鋼具有高韌性和塑性，但強度較低，奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的類型，該類不銹鋼有極好的抗腐蝕性，無磁性和生物相容性，同時組織及性能對溫度變化反應小，其生產量和使用量約占不銹鋼總產量及用量的70％，在化工，海洋、石油化工、儀表制造、食品生物，醫學等行業中得到廣泛使用。盡管奧氏體不銹鋼應用廣泛，仍然具有一些需要攻克的難題。它的耐蝕性要求含碳量很低(含碳量一般低于0.03％)，才可顯著提高耐晶間腐蝕性能；其性能由獨特的組織決定，無法通過相變來強化其表面性能，這些奧氏體不銹鋼自身的特性導致實際應用時硬度偏低(200hv5～250hv5)，表面極軟，難以承受摩擦損傷，抗磨損性能較差，制約了在特殊工況下經受劇烈摩擦環境的應用。

　　為了提高奧氏體不銹鋼的硬度，通常的做法是對表面進行防護，通過滲氮、滲碳或者滲鉻等化學熱處理方法對表面進行強化，保留心部硬度不變，能夠極大地提高表面硬度，抗磨損性能也得到極大提升，其中滲氮和滲碳隨著cr的碳、氮化合物的析出，其表面耐蝕性能明顯降低，且得到的涂層厚度較薄，難以滿足在惡劣條件下的使用，而滲鉻可以得到較厚的滲層，可以滿足復雜工況的要求。

　　目前，已有的發明專利以及論文中采用的滲鉻工藝滲層形成的速率都較低或得到的滲層厚度都較薄，公開號為cn101168833a的專利中公開了一種固態滲鉻工藝，該工藝滲鉻3h～6h得到的滲層厚度為10μm～20μm，滲層平均生長速率約3μm/h；公開號為cn105177596a的專利中公開了一種工具鋼氣體滲鉻和淬火結合的工藝，該工藝保溫10h得到的滲層厚度為10μm～20μm，滲層平均生長速率約1μm/h～2μm/h。

　　現有技術中的滲鉻主要通過活性鉻原子在不銹鋼的表面富集，與不銹鋼的內部產生濃度差，從而給活性鉻原子滲入不銹鋼中提供了擴散驅動力，但這種擴散驅動力往往較小，導致了滲鉻的時間長，滲鉻層厚度低的不足。因此需要一種能夠提高活性鉻原子擴散驅動力的滲鉻方法。

　　技術實現要素：

　　本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法。該方法通過在高壓條件下對奧氏體不銹鋼進行滲鉻處理，給滲鉻處理中活性鉻原子向奧氏體不銹鋼方向提供了更強的驅動力，提高了反應產生的活性鉻原子的擴散速率，使奧氏體不銹鋼表面富集的活性鉻原子更容易的滲入到奧氏體不銹鋼中，從而提高了滲鉻層的厚度和滲鉻速率，提高了滲鉻處理的生產效率。

　　為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法，該方法包括以下步驟：

　　步驟一、將奧氏體不銹鋼依次進行逐級打磨、清洗和烘干；

　　步驟二、將步驟一中經烘干處理后的奧氏體不銹鋼放入到滲鉻罐的中心，并用滲鉻劑將滲鉻罐內填滿，然后將滲鉻罐加蓋，得到填滿后的滲鉻罐；

　　步驟三、將步驟二中經填滿后的滲鉻罐進行滲鉻處理，得到表面具有滲鉻層的奧氏體不銹鋼；所述滲鉻處理的過程為：將經填滿后的滲鉻罐放置于電阻爐內后向電阻爐內通入高純ar氣，使電阻爐內壓力達到0.15mpa～0.40mpa，然后升溫至1050℃～1120℃后保溫10h～20h，再冷卻至室溫，在滲鉻罐內得到表面具有滲鉻層的奧氏體不銹鋼；所述滲鉻層的厚度達90μm～220μm。

　　本發明通過將奧氏體不銹鋼進行逐級打磨、清洗和烘干處理，去除了奧氏體不銹鋼表面的氧化皮等雜質，保證了奧氏體不銹鋼表面光滑且干凈，有利于活性鉻原子在奧氏體不銹鋼表面富集，從而保證了滲鉻處理的順利進行；本發明通過將奧氏體不銹鋼放入滲鉻罐，并用滲鉻劑填滿和加蓋，使奧氏體不銹鋼與滲鉻劑同處在一個較小空間內，使后續滲鉻處理反應產生的鹵化鉻氣體充分與奧氏體不銹鋼接觸，保證了滲鉻反應更加順利進行，防止了后續抽真空時滲鉻劑進入機械泵造成泵體損壞；本發明在滲鉻處理中通入高純ar氣，防止了奧氏體不銹鋼被氧化，保證了滲鉻反應的順利進行，通過控制電阻爐內的壓力、溫度和保溫時間，給滲鉻處理中活性鉻原子向奧氏體不銹鋼方向提供了更強的驅動力，提高了反應產生的活性鉻原子的擴散速率，使奧氏體不銹鋼表面富集的活性鉻原子更容易的滲入到奧氏體不銹鋼中，從而提高了滲鉻層的厚度和滲鉻速率，同時保證了奧氏體不銹鋼具有合適的晶粒組織，防止了溫度過高導致的晶粒過于粗大，奧氏體不銹鋼力學性能降低的不足，防止了溫度過低導致的反應效率低的不足，避免了壓力過小導致的滲鉻效率低的不足，避免了壓力過大導致的電阻爐難以承受的不足；本發明通過控制滲鉻處理的工藝參數，保證了滲鉻處理后滲鉻劑不會結塊，減少了取出表面具有滲鉻層的奧氏體不銹鋼的工作量，提高了工作效率。

　　上述的一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法，其特征在于，步驟一中所述清洗的過程為：將經逐級打磨后的奧氏體不銹鋼依次在丙酮溶液和乙醇溶液中進行超聲；所述超聲的時間均為10min～30min；所述丙酮溶液的質量分數為50％～65％，乙醇溶液的質量分數為75％～99％。本發明通過在丙酮溶液和乙醇溶液中進行超聲，完全去除了奧氏體不銹鋼表面的雜質，保證了奧氏體不銹鋼表面光滑且干凈，有利于活性鉻原子在奧氏體不銹鋼表面富集，實現了滲鉻處理的順利進行；本發明采用該質量分數的丙酮溶液和乙醇溶液，具有廉價易得的優點。

　　上述的一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法，其特征在于，步驟二中所述滲鉻劑由以下質量百分比的原料混合而成：鉻50％，氧化鋁48％，氯化銨2％。本發明采用的滲鉻劑具有滲鉻效果好，廉價易得的優點。

　　上述的一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法，其特征在于，步驟三中所述高純ar氣的質量純度不小于99.999％，所述滲鉻處理中升溫的升溫速率和冷卻的降溫速率均為3℃/min～10℃/min。本發明通過控制ar氣的質量純度，保證了在通入ar氣的過程中不帶入其他雜質，避免了雜質對滲鉻處理的影響；本發明通過控制升溫速率和降溫速率，保證了奧氏體不銹鋼在升溫和冷卻過程中溫度均勻，使奧氏體不銹鋼整體具有相同的溫度，從而保證了滲鉻層均勻的分布在奧氏體不銹鋼表面。

　　上述的一種奧氏體不銹鋼表面高壓滲鉻的方法，其特征在于，步驟三中所述滲鉻層的表面硬度大于500hv5。本發明表面具有滲鉻層的奧氏體不銹鋼的滲鉻層的表面硬度大于500hv5，顯著的提高了基材奧氏體不銹鋼的耐磨性能。

　　本發明與現有技術相比具有以下優點：

　　1、本發明通過在高壓條件下對奧氏體不銹鋼進行滲鉻處理，給滲鉻處理中活性鉻原子向奧氏體不銹鋼方向提供了更強的驅動力，提高了反應產生的活性鉻原子的擴散速率，使奧氏體不銹鋼表面富集的活性鉻原子更容易的滲入到奧氏體不銹鋼中，從而使滲鉻層的厚度達90μm～220μm，平均滲鉻速率達6μm/h～16μm/h，提高了滲鉻處理的生產效率，采用表面具有滲鉻層的奧氏體不銹鋼制備的零件的壽命也有明顯的提高。

　　2、本發明的滲鉻層與奧氏體不銹鋼界面結合良好，滲鉻層組織均勻致密，層次分明且界面連續，涂層的硬度較高且耐磨性好。

　　3、本發明的包埋法滲鉻為成熟的、應用廣泛的制備方法，工藝過程簡單，性能穩定，可重復性良好，且反應后滲鉻劑不會出現結塊現象，減少了取出的工作量，適宜于大規模推廣使用。

　　下面通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的詳細描述。

　　附圖說明

　　圖1是本發明實施例1的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的截面使用王水腐蝕10s后的光學顯微鏡圖。

　　圖2是本發明實施例1的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的能譜線掃描示意圖。

　　圖3是本發明實施例1的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層的x射線衍射圖。

　　具體實施方式

　　實施例1

　　本實施例包括以下步驟：

　　步驟一、將316h奧氏體不銹鋼依次使用180#，400#，1200#砂紙進行逐級打磨，之后在質量分數為60％的丙酮溶液中超聲清洗10min，然后在質量分數為99％的乙醇溶液中超聲清洗10min，再進行烘干處理；

　　步驟二、將步驟一中經烘干處理后的316h奧氏體不銹鋼放入到滲鉻罐的中心，并用滲鉻劑將滲鉻罐內填滿，然后將滲鉻罐加蓋，得到填滿后的滲鉻罐；所述滲鉻劑由以下質量百分比的原料混合而成：鉻50％，氧化鋁48％，氯化銨2％；

　　步驟三、將步驟二中經填滿后的滲鉻罐進行滲鉻處理，得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼；所述滲鉻處理的過程為：將經填滿后的滲鉻罐放置于電阻爐內后向電阻爐內通入質量純度為99.999％的ar氣，使電阻爐內壓力達到0.15mpa，然后以10℃/min的升溫速率升溫至1090℃后保溫15h，再以10℃/min的降溫速率冷卻至室溫，在滲鉻罐內得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼。

　　經檢測，本實施例表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層的厚度為100μm，硬度為570hv5，平均滲鉻速率為8μm/h，檢測后的滲鉻層致密連續，與316h奧氏體不銹鋼結合良好，未出現裂紋與剝落現象。

　　圖1是本實施例的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的截面使用王水腐蝕10s后的光學顯微鏡圖，從圖1可以看出，本實施例的滲鉻層層次分明、界面連續，滲鉻層的厚度為100μm。

　　將本實施例的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼用掃描電子顯微鏡進行觀察，得到了掃描電鏡圖，然后在掃描電鏡圖的基礎上進行eds能譜線掃描，得到了圖2，從圖2可以看出，本實施例的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層中的鉻元素含量很高且分布均勻，其他元素如碳、鎳、鉬和錳等含量較低，對表征滲鉻層無影響。

　　圖3是本實施例的表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層的x射線衍射圖，從圖3可以看出，本實施例的滲鉻層中的主要物相為cr23c6相。

　　對比例1

　　本對比例包括以下步驟：

　　步驟一、將316h奧氏體不銹鋼依次使用180#，400#，1200#砂紙進行逐級打磨，之后在質量分數為60％的丙酮溶液中超聲清洗10min，然后在質量分數為99％的乙醇溶液中超聲清洗10min，再進行烘干處理；

　　步驟二、將步驟一中經烘干處理后的316h奧氏體不銹鋼放入到滲鉻罐的中心，并用滲鉻劑將滲鉻罐內填滿，然后將滲鉻罐加蓋，得到填滿后的滲鉻罐；所述滲鉻劑由以下質量百分比的原料混合而成：鉻50％，氧化鋁48％，氯化銨2％；

　　步驟三、將步驟二中經填滿后的滲鉻罐進行滲鉻處理，得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼；所述滲鉻處理的過程為：將經填滿后的滲鉻罐放置于電阻爐內后向電阻爐內通入質量純度為99.999％的ar氣，使電阻爐內壓力達到0.1mpa，然后以10℃/min的升溫速率升溫至1090℃后保溫15h，再以10℃/min的降溫速率冷卻至室溫，在滲鉻罐內得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼。

　　經檢測，本對比例表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層的厚度為30μm，硬度為380hv5，平均滲鉻速率為2μm/h，檢測后的滲鉻層表面出現了較多裂紋，較為疏松且脆。

　　通過對比例1和實施例1對比可以看出，當滲鉻處理中的壓力小于0.15mpa時，得到的滲鉻層厚度小，滲鉻速率慢，且滲鉻層表面出現了較多裂紋，較為疏松且脆。

　　實施例2

　　本實施例包括以下步驟：

　　步驟一、將316l奧氏體不銹鋼依次使用180#，400#，1200#砂紙進行逐級打磨，之后在質量分數為50％的丙酮溶液中超聲清洗10min，然后在質量分數為80％的乙醇溶液中超聲清洗10min，再進行烘干處理；

　　步驟二、將步驟一中經烘干處理后的316l奧氏體不銹鋼放入到滲鉻罐的中心，并用滲鉻劑將滲鉻罐內填滿，然后將滲鉻罐加蓋，得到填滿后的滲鉻罐；所述滲鉻劑由以下質量百分比的原料混合而成：鉻50％，氧化鋁48％，氯化銨2％；

　　步驟三、將步驟二中經填滿后的滲鉻罐進行滲鉻處理，得到表面具有滲鉻層的316l奧氏體不銹鋼；所述滲鉻處理的過程為：將經填滿后的滲鉻罐放置于電阻爐內后向電阻爐內通入質量純度為99.999％的ar氣，使電阻爐內壓力達到0.20mpa，然后以5℃/min的升溫速率升溫至1050℃后保溫15h，再以5℃/min的降溫速率冷卻至室溫，在滲鉻罐內得到表面具有滲鉻層的316l奧氏體不銹鋼。

　　經檢測，本實施例表面具有滲鉻層的316l奧氏體不銹鋼的滲鉻層的厚度為90μm，硬度為580hv5，平均滲鉻速率為6μm/h，檢測后的滲鉻層致密連續，與316l奧氏體不銹鋼結合良好，未出現裂紋與剝落現象。

　　實施例3

　　本實施例包括以下步驟：

　　步驟一、將316h奧氏體不銹鋼依次使用180#，400#，1200#砂紙進行逐級打磨，之后在質量分數為65％的丙酮溶液中超聲清洗10min，然后在質量分數為75％的乙醇溶液中超聲清洗20min，再進行烘干處理；

　　步驟二、將步驟一中經烘干處理后的316h奧氏體不銹鋼放入到滲鉻罐的中心，并用滲鉻劑將滲鉻罐內填滿，然后將滲鉻罐加蓋，得到填滿后的滲鉻罐；所述滲鉻劑由以下質量百分比的原料混合而成：鉻50％，氧化鋁48％，氯化銨2％；

　　步驟三、將步驟二中經填滿后的滲鉻罐進行滲鉻處理，得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼；所述滲鉻處理的過程為：將經填滿后的滲鉻罐放置于電阻爐內后向電阻爐內通入質量純度為99.999％的ar氣，使電阻爐內壓力達到0.40mpa，然后以3℃/min的升溫速率升溫至1120℃后保溫20h，再以3℃/min的降溫速率冷卻至室溫，在滲鉻罐內得到表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼。

　　經檢測，本實施例表面具有滲鉻層的316h奧氏體不銹鋼的滲鉻層的厚度為220μm，硬度為550hv5，平均滲鉻速率為16μm/h，檢測后的滲鉻層致密連續，與316h奧氏體不銹鋼結合良好，未出現裂紋與剝落現象。

　　以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制。凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。